Chocolate sedoso, um medicamento melhor, ou painéis solares exigem a mesma coisa:apenas os cristais certos que compõem o material. Agora, os cientistas que tentam compreender os caminhos que os cristais tomam à medida que se formam foram capazes de influenciar esse caminho, modificando o ingrediente inicial.

As percepções obtidas com os resultados, relatado em 17 de abril em Materiais da Natureza , poderia eventualmente ajudar os cientistas a controlar melhor o projeto de uma variedade de produtos para energia ou tecnologias médicas.

"As descobertas abordam um debate contínuo sobre as vias de cristalização, "disse o cientista de materiais Jim De Yoreo do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia e da Universidade de Washington." Eles implicam que você pode controlar os vários estágios de montagem de materiais escolhendo cuidadosamente a estrutura de suas moléculas iniciais. "

De flexível para rígido

Um dos cristais mais simples, os diamantes são compostos de um átomo - carbono. Mas no mundo dos vivos, cristais, como os formados pela manteiga de cacau no chocolate ou os malformados que causam anemia falciforme, são feitos de moléculas que são longas e flexíveis e contêm uma sequência longa e bem definida de muitos átomos. Eles podem se cristalizar de várias maneiras, mas apenas uma maneira é a melhor. Em produtos farmacêuticos, a diferença pode significar uma droga que funciona e outra que não funciona.

Os químicos ainda não têm controle suficiente sobre a cristalização para garantir a melhor forma, em parte porque os químicos não têm certeza de como acontecem as primeiras etapas da cristalização. Um debate específico se concentrou em saber se as moléculas complexas podem se reunir diretamente, com uma molécula ligada a outra, como adicionar uma carta de cada vez a um baralho. Eles chamam isso de processo de uma etapa, as regras matemáticas que os cientistas há muito tempo entenderam.

O outro lado do debate argumenta que os cristais requerem duas etapas para se formar. Experimentos sugerem que as moléculas iniciais formam primeiro um aglomerado desordenado e, em seguida, de dentro desse grupo, começar a reorganizar em um cristal, como se as cartas tivessem que ser misturadas em uma pilha antes de poderem formar um baralho. De Yoreo e seus colegas queriam determinar se a cristalização sempre exigia a etapa desordenada, e se não, por que não.

Clump, estalar e ...

Para fazer isso, os cientistas formaram cristais a partir de uma versão um tanto simplificada das moléculas definidas por sequência encontradas na natureza, uma versão que eles chamam de peptóide. O peptóide não era complicado - apenas uma cadeia de duas subunidades químicas repetidas (pense "ABABAB") - mas complexo porque tinha uma dúzia de subunidades de comprimento. Com base em sua natureza química simétrica, a equipe esperava que várias moléculas se unissem em uma estrutura maior, como se fossem blocos de Lego se encaixando.

Em uma segunda série de experimentos, eles queriam testar como uma molécula um pouco mais complicada se formava. Então, a equipe adicionou uma molécula à sequência inicial de ABABAB ... que se projetou como uma cauda. As caudas se atraíram, e a equipe esperava que sua associação fizesse com que as novas moléculas se agrupassem. Mas eles não tinham certeza do que aconteceria depois.

Os pesquisadores colocaram as moléculas peptóides em soluções para deixá-las cristalizar. Em seguida, a equipe usou uma variedade de técnicas analíticas para ver quais formatos os peptóides feitos e com que rapidez. Acontece que os dois peptóides formaram cristais de formas muito diferentes.

Uma cauda de dois passos

Como os cientistas esperavam, o peptóide mais simples formava cristais iniciais com alguns nanômetros de tamanho que ficavam mais longos e mais altos à medida que mais moléculas do peptóide se encaixavam no lugar. O peptóide simples seguia todas as regras de um processo de cristalização de uma etapa.

Mas empurrar a cauda para a mistura interrompeu a calma, fazendo com que um complexo conjunto de eventos ocorresse antes dos cristais aparecerem. Geral, a equipe mostrou que este peptóide mais complicado primeiro se aglutinou em pequenos grupos não vistos com as moléculas mais simples.

Alguns desses clusters se estabeleceram na superfície disponível, onde eles permaneceram imutáveis ​​antes de repentinamente se converterem em cristais e eventualmente crescerem nos mesmos cristais vistos com o peptóide simples. Este comportamento era algo novo e exigia um modelo matemático diferente para descrevê-lo, de acordo com os pesquisadores. A compreensão das novas regras permitirá aos pesquisadores determinar a melhor maneira de cristalizar as moléculas.

"Não esperávamos que uma mudança tão pequena fizesse os peptoides se comportarem dessa maneira, "disse De Yoreo." Os resultados estão nos fazendo pensar sobre o sistema de uma nova maneira, que acreditamos que levará a um controle mais preditivo sobre o projeto e montagem de materiais biomiméticos. "